Dua Perinsip Dasar Kompresi : Kompresi Perpindahan Positif dan Kompresi Dinamik

Ada dua prinsip umum untuk kompresi udara (atau gas): Kompresi perpindahan positif dan kompresi dinamis. Yang pertama termasuk, misalnya, kompresor reciprocating (piston), kompresor orbital (scroll) dan berbagai jenis kompresor rotary (sekrup, gigi, baling-baling). Dalam kompresi perpindahan positif, udara ditarik ke dalam satu atau lebih ruang kompresi, yang kemudian ditutup dari saluran masuk. Secara bertahap volume setiap ruang berkurang dan udara dikompresi secara internal. Ketika tekanan telah mencapai rasio tekanan built-in yang dirancang, port atau katup dibuka dan udara dilepaskan ke sistem saluran keluar karena terus berkurangnya volume ruang kompresi. Dalam kompresi dinamis, udara ditarik antara bilah pada impeller kompresi yang berputar cepat dan berakselerasi ke kecepatan tinggi. Gas kemudian dikeluarkan melalui diffuser, di mana energi kinetik diubah menjadi tekanan statis. Kompresi paling dinamis adalah turbocompressors dengan pola aliran aksial atau radial.

Pompa sepeda adalah bentuk paling sederhana dari kompresi perpindahan positif, di mana udara ditarik ke dalam silinder dan dikompres oleh piston yang bergerak. Kompresor piston memiliki prinsip operasi yang sama dan menggunakan piston yang gerakan maju dan mundurnya dicapai dengan batang penghubung dan poros engkol berputar. Jika hanya satu sisi piston yang digunakan untuk kompresi, ini disebut kompresor kerja tunggal. Jika bagian atas dan bawah piston digunakan, kompresor bekerja ganda. Rasio tekanan adalah hubungan antara tekanan absolut pada sisi inlet dan outlet. Karenanya, mesin yang menarik udara pada tekanan atmosfer (1 bar (a) dan mengompresnya ke tekanan berlebih 7 bar bekerja pada rasio tekanan (7 + 1) / 1 = 8).

Pekerjaan kompresi dengan kompresi isotermal

Pekerjaan kompresi dengan kompresi isentropik:

Hubungan ini menunjukkan bahwa lebih banyak pekerjaan diperlukan untuk kompresi isentropik daripada untuk kompresi isotermal.

Dalam kompresor dinamis, peningkatan tekanan terjadi saat gas mengalir. Gas yang mengalir berakselerasi ke kecepatan tinggi dengan menggunakan bilah berputar pada impeller. Kecepatan gas kemudian ditransformasikan menjadi tekanan statis ketika dipaksa untuk melambat di bawah ekspansi dalam diffuser. Tergantung pada arah utama aliran gas yang digunakan, kompresor ini disebut kompresor radial atau aksial. Dibandingkan dengan kompresor pemindahan, kompresor dinamis memiliki karakteristik dimana perubahan kecil dalam tekanan kerja menghasilkan perubahan besar dalam laju aliran. Setiap kecepatan impeller memiliki batas laju aliran atas dan bawah. Batas atas berarti bahwa kecepatan aliran gas mencapai kecepatan sonik. Batas bawah berarti bahwa tekanan penghitung menjadi lebih besar dari penumpukan tekanan kompresor, yang berarti aliran balik di dalam kompresor. Ini pada gilirannya menghasilkan denyut, kebisingan dan risiko kerusakan mekanis.

Secara teori, udara atau gas dapat dikompresi secara isentropis (pada entropi konstan) atau isotermal (pada suhu konstan). Salah satu proses dapat menjadi bagian dari siklus yang dapat dibalik secara teoritis. Jika gas terkompresi dapat digunakan segera pada suhu akhir setelah kompresi, proses kompresi isentropik akan memiliki keuntungan tertentu. Pada kenyataannya, udara atau gas jarang digunakan secara langsung setelah kompresi, dan biasanya didinginkan hingga suhu sekitar sebelum digunakan. Akibatnya, proses kompresi isotermal lebih disukai, karena membutuhkan lebih sedikit pekerjaan. Pendekatan umum dan praktis untuk menjalankan proses kompresi isotermal ini melibatkan pendinginan gas selama kompresi. Pada tekanan kerja 7 bar yang efektif, kompresi isentropik secara teoritis membutuhkan energi 37% lebih tinggi daripada kompresi isotermal.

Metode praktis untuk mengurangi pemanasan gas adalah membagi kompresi menjadi beberapa tahap. Gas didinginkan setelah setiap tahap sebelum dikompres lebih jauh ke tekanan akhir. Ini juga meningkatkan efisiensi energi, dengan hasil terbaik diperoleh ketika setiap tahap kompresi memiliki rasio tekanan yang sama. Dengan meningkatkan jumlah tahapan kompresi, seluruh proses mendekati kompresi isotermal. Namun, ada batasan ekonomi untuk jumlah tahapan yang dapat digunakan oleh desain instalasi yang sebenarnya.

Pada kecepatan rotasi konstan, kurva tekanan / aliran untuk turbocompresor berbeda secara signifikan dari kurva setara untuk kompresor perpindahan positif. Turbokompresor adalah mesin dengan laju aliran variabel dan karakteristik tekanan variabel. Di sisi lain, kompresor pemindahan adalah mesin dengan laju aliran konstan dan tekanan variabel. Kompresor perpindahan menyediakan rasio tekanan yang lebih tinggi bahkan pada kecepatan rendah. Turbocompresor dirancang untuk laju aliran udara yang besar.